如何利用EM4094构建一个通用的13.56mhz读写器卡器

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2014 RFID在零售行业应用大幅增长的一年
零售业在RFID技术引进方面一直发挥着主导作用。去年第四季度,大部分RFID标签生产商都与专利授权公司圆石研究(Round Rock)签订了专利协约,有望解除现在有关专利诉讼的混乱和困惑。据此有分
时间: 17:52 来源:物联网在线 作者:Ioter 点击:次
零售业在技术引进方面一直发挥着主导作用。去年第四季度,大部分生产商都与专利授权公司圆石研究(Round Rock)签订了专利协约,有望解除现在有关专利诉讼的混乱和困惑。据此有分析称分析,今年或许是RFID在零售行业应用大幅增长的一年。
一般认为,零售企业使用的目标是提高库存的准确性。但这并不是全部好处。单独标记困村单位,收集产生的数据,这一行为这很可能会成为改变零售行业的一项举动。
RFID研究中心创始人,奥本大学商学院长Bill Hardgrave表示,&RFID技术已经开始逐渐提升客户体验。今年,在零售业,我们可以看到几个让消费者不由自主叫出&哇!&的技术应用。&他说。
零售商全方位渠道销售、防伪、防盗、增加消费者的参与、提高品牌忠诚度都是采用的RFID技术后带来的好处。
库存准确率的提高促进了全渠道零售的增加,也据此开发了一些引人注目的应用程序。
在导入RFID技术之前,零售商的库存准确性只能达到65-67%左右,为了提高库存准确率需要付出许多费用和劳动力,这也是是零售商的致命问题。但梅西百货、科尔等美国服装零售商在使用RFID后,会让库存准确率提高到98%。
通过提高库存准确性,零售商可以增加销售和提高盈利能力。此外,消费者的缺货投诉也大大缩减。所有产品100%都陈列在店里,同时也可以做好在库准备,在今年,困扰零售业的库存顽疾再也不会成为问题了。
让人惊奇的是,库存的准确性以及缺货问题的解决,最终却提升了顾客的购物体验。获得高准确度库存数据的零售商,就可以向消费者提供更快的配送甚至当日送。顾客的订单可以通过线下零售商来进行配货,例如,梅西百货通过RFID库存管理得以提供可靠性很高的订单,这样一来,可以处理订单的门店就超过了500家。
通过库存准确度的提高,一直被认为代表零售业未来的虚拟试衣间也可以更放光彩。由于RFID库存数据精度高,零售商间的交互贩售也能成为可能。
假如一位客户想在梅西百货的试衣间中试穿上衣,试衣间左右的屏幕、顾客的手机中就会提供类似的上衣的信息,还会为顾客组合各种裙子产品,这些信息中甚至会包含竞争对手的商品。
通过这种方式的企业间合作,可以提升营销力度,增加销售量,这也是在互相给予销售机会。今年,利用零售商们目前使用的几款RFID基础设施就可以向顾客推出很多应用。
(责任编辑:ioter)
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如何利用EM4094构建通用的13.56MHz读卡
作者: Jose Luis 发布时间: 12:54:19 来源:RFID中国论坛
&&&&【提要】在当前日益繁荣的市场上,通用性是必须具备的性能要求,特别是对于那些想在这一领域保持成功地位的读卡器制造商而言。读卡器的通用性可以理解为读卡器能够处理各种各样的收发器和协议,也可理解为读卡器本身功能的通用性。&
&&&&在当前的许多RFID应用中,设备制造商不一定能决定客户采用什么收发器,特别是收发器芯片。因此,为了最大程度地提高自己在某个特定项目中中标的机会,设备制造商必须提供这样的读卡器,要么它能支持市场上尽可能多的收发器芯片,要么它本身至少是比较容易定制的。&
&&&&除了要求其能支持一系列协议、标准和收发器外,客户对读卡器可能还有其它功能性方面的要求,如高性能、防冲突、远/近感应距离、移动性及功耗。但在单个读卡器中很难同时满足如此之多的要求。为了满足所有这些要求,制造商可能需要提供一系列可满足不同要求的读卡器。&
&&&&本文举例说明了怎样利用EM&Microelectronic公司的EM4094&RFID读卡器芯片构建支持多种协议的13.56MHz通用型或能满足上述特定要求的特殊RFID读卡器。&
&&&&EM4094是一个集成的收发器芯片,它可用于构建RFID读卡器的模拟前端模块。该芯片的数据传输及接收链路允许传送和解码任何通信协议,因此EM4094支持所有EM公司的13.56MHz收发器芯片、ISO15693、ISO14443&A&B、以及Sony&Felica协议。通过适当设定,EM4094甚至还可以与设备通讯。本文将通过一系列的步骤说明一个硬件工程师应该怎样集成和利用EM4094&RFID读卡器电路。&
&&&&图1:典型的应用电路配置。&&&
&&&&读卡器结构&
&&&&基本上,模拟前端模块为RFID读卡器组成部分之一,它负责对数据进行编码/译码,并以适当功率驱动RFID读卡器天线。模拟前端模块本身由微控制器驱动。该微控制器负责管理不同协议的帧译码任务,以及与PC或其它后台控制设备的通信接口(串行接口、USB接口或以太网接口)。一些IC供应商提供集成了模拟前端和微控制器的芯片。在很多情况下,微控制器或集成的存储器空间不是超出需求就是不够用,而独立的模块允许制造商选择最适合其设计要求的微控制器和存储器容量。&
&&&&当然,制造商将依据期望的功能水平、读取范围和功率要求等因素做出决定。由于现在已有像EM4094这样的可提供完整灵活性的芯片,因此下面我们将讨论如何在一个实际的读卡器中集成这一读卡器芯片。图1所示为典型的应用电路配置。&
&&&&电源设计&
&&&&首先,我们简要讨论一下EM4094的电源设计。该芯片有三个不同的电源引脚,其中的VDDA1和VDDA2用于给内部的天线驱动器ANT1和ANT2供电。每个驱动器可独立受电。由于这两个驱动器可能产生或同步较大的电流,因此建议在VDDA1和VDDA2两引脚之间接入一个3.3μF的电容以给天线提供足够的能量。另外,我们还建议在该电容边上并联两个电容值分别为1nF和100nF的电容,以对电源进行去耦和滤波。&
&&&&第三个电源引脚VDD用于给所有其它的内部模块供电。在这条电源线上,工程师将不得不为了上面提到的同样原因接入两个电容值分别为1nF和100nF的滤波电容,它们最好采用由COG和X7R等介电材料制成的陶瓷电容,因此类电容的容差小和温度稳定性较高。这里很重要的一点是,应对这三条电源线施加相同的电压(3.3V或5V)。这些电源线还应当与模拟地相连。&
&&&&振荡器输入&
&&&&连接在OSCIN和OSCOUT两个引脚上的外部晶体提供13.56MHz的信号,这一信号将被送至天线驱动器的输出端。跨接于晶振两端的两个NPO电容用于确保晶振的起振和稳定性。NPO电容值由EM4094的可选跨导(通过一个寄存器标识选择)和晶体参数决定。&
&&&&带隙参考输出(AGD)&
&&&&带隙参考电压被不同的内部模块用作模拟参考电压。为了确保读卡器芯片的稳定性和可靠性,用一个1nF和&100nF的电容对AGD电压进行适当去耦是非常重要的。如同在前文所说的那样,我们推荐使用采用COG或X7R电介质材料制造的陶瓷电容。&
&&&&天线驱动器输出&
&&&&ANT1和ANT2为天线驱动器的两个输出端,它们可同相或反相驱动,这使得有可能用不同的方式连接读卡器天线,以及依据所选择结构的不同产生四个不同功率等级的天线。EM4094还可与一个远端天线一起使用,此时EM4094的输出阻抗(见图3)必须与通信线路阻抗相匹配。&
&&&&图3:阻抗匹配电路。&&&
&&&&若采用同轴电缆,那么在只使用一个天线驱动器的情况下,EM4094的输出阻抗将必须在10欧姆(ANT1可选)和50欧姆之间进行调整;当两个天线并联使用时,EM4094的输出阻抗将必须在5欧姆(ANT1可迁)到50欧姆之间进行调整。为了实现一个良好的阻抗匹配,开发人员可借助Smith图表选择使用一个LC&PI网络和选择合适的元件参数值。&
&&&&如果读卡器天线能够与EM4094集成在同一块PCB板上,那么你可使用直接天线相连方法(见图2)。在这种情况下,天线和串联电容形成LC串联回路。这一回路的谐振频率为读卡器的频率。串联电阻用于抑制品质因数并将天线的电流设定在EM4094的额定值以下。当天线工作在其谐振频率时,直接连接天线可获得较高的功率。有关IC天线的不同连接方式可参见EM4094应用指南。&
&&
&&&&图2:直接天线连接。&&&&
&&&&收发器信号接收&
&&&&RFIN1和RFIN2是该IC接收链上的两个输入引脚,它们被EM4094用来解调收发器送过来的数据流,其引脚&上的电压必须设定在GND和VDD之间,这两个解调输入必须具有相同的性能和呈现出相同的灵敏度。配合一个外部匹配阻抗电路,这两个输入端可用于解调输入的相位或幅度调制信号。未使用的输入脚应当通过一个10nF的电容接至模拟地。输入引脚的高灵敏度使得读卡器即便在的最小电源级别上仍能有较远的读取距离。&
&&&&关闭读卡器芯片&
&&&&EN引脚用于使能或关闭读卡器IC。该输入引脚可由一个外部微控制器进行控制。当EN引脚为高电平时,EM4094进入激活模式,其输出在天线上产生13.56MHz信号;当EN引脚为低电平时,读卡器芯片进入睡眠模式,这样可大大降低读卡器芯片的功耗。在设计手提式读卡器时,EM4094的这一性能特别有用,它可提高电池的使用寿命。&
&&&&数据输入与输出&
&&&&在SPI模式下,DIN引脚用于输入数据,DOUT引脚用于输出数据,DCLK用作SPI的时钟信号。一个SPI接口可用来设置读卡器芯片的内部位寄存器及设定不同模块的参数。在正常模式下,通过施加在DIN引脚上的逻辑电平来打开或关闭天线驱动器,DIN可用?淼髦聘杏Φ绱懦 5缱颖昵┧?发出的应答信息可直接在DOUT脚上读取。&
&&&&微控制器的选择&
&&&&EM4094胜出其它RFID读卡器芯片一筹的地方是它允许读卡器制造商自行选择最适合其处理与功率需求的微控制器。一个工作频率为16MHz的带8&kB程序存储器的8位微控制器看起来是实现一个读卡器的最合理选择,因位它可以实现所有相关的标准和事实标准协议。对于要求更高的RFID读卡器应用,16&kB存储器将可提供更好的编程自由度。&
&&&&除了BPSK协议,EM4094没有集成其它帧解码器。一个集成的848kHz&BPSK解码器可使微控制器不再需要执行这一苛求的ISO14443&Type&B特殊操作,从而允许读卡器制造商选择一个成本效益比更好的微控制器。&
&&&&安全功能&
&&&&当前的许多RFID应用都采用加密算法对数据进行加密或对身份进行证明。有些加密算法是公开的,有些则不对外公开。有些供应商在源代码或目标代码、或其它独立的安全元件(如SIM卡)中提供他们独特的加密算法。当然,多种可选方案使得设计可十分灵活。你可以在一个传统的微控制器或一个安全的控制器中实现一个或多个算法,另外一个选择是用一个负责安全操作的独立元件来构建一个接口。将这两种方案混合运用当然也是可以的。EM通过SIM卡提供其专有加密算法。&
&&&&深入探讨&
&&&&通过以上解说可知构建一个定制RFID读卡器并非难事。为了进一步简化RFID读卡器的开发,EM&Microelectronic公司现已基于EM4094设计和实现了一个演示版的RFID读卡器。这一设备的主要目的是用作参考设计和演示工具。该演示版读卡器及相应的固件支持ISO14443&Type&A和B、Sony&Felica及ISO15693标准的全部强制命令,并支持EM&13.56MHz收发器IC的全部指令集。读卡器固件的完整源代码可从EM公司的网站下载,它们可告诉你如何实现不同的通信协议和防冲突协议。由于用户与电子标签之间的通信硬件已在源代码中实现,因此开发商可直接在现有的基础上开发其应用层,这将使读卡器的开发时间降到最小。(fengminxing)
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易腾迈: 应需而动 调整合适的策略
市场需求开始变化,企业不再简单地采购纯粹的RFID产品,而是转向关注自身需要解决的问题,关注能解决问题的整体方案。那么我们如何应对这种变化呢?答案是应需而动、调整策略。
时间: 10:52 来源:物联网在线 作者:IOTer 点击:次
应需而动:调整合适的策略&&
  市场需求开始变化,企业不再简单地采购纯粹的产品,而是转向关注自身需要解决的问题,关注能解决问题的整体方案。那么我们如何应对这种变化呢?答案是应需而动、调整策略。&&
   陈亿昇先生表示:&只有解决客户的问题,客户才能认同你的价值。所以我们今年将会花费更多的时间在SI上。因为SI也想了解信息化的这些产品,他们有最 终的用户,有销售的渠道,在销售IT配置的同时他们也接触到了用户的需求。但由于他们不了解、不熟悉技术和产品,不能很好地满足这些需求。我们直 接以产品的方式解释给SI,对于他们来说都没用,因为不知道使用。所以我们要以方案案例的形式提供给SI。有了方案和案例,SI就可以举一反三,知道如何 应用到最终用户上去。我们在和最终用户聊的时候发现,用户更在乎生产的效益,如何提高生产效率是他们所关心的。比如汽车市场,整车的生意已经到了一定的 量,要想提高销售量较为困难。于是这些公司现在在考虑怎样在节流端做一些功夫。在防伪上、在仓储控制上,在零配件的管理上等等。我们要应对这样的市场变 化,调整自己的经营策略,甚至提前开发对应的解决方案,以应对新的需求。一切要以客户的需求为导向。&&&
  因为是以满足用户需求为 导向,所以很多时候强调RFID概念并不是最重要的。
陈亿昇先生认为:&RFID是一种数据的采集手段,不同的应用环境可能,需要不同的采集手段。如果有 更好的、更合适的采集手段,我们不能因为自己是RFID企业就过于强调。我们要善于从客户反馈中,做适当的调整。比如一些重型车开始采用激光蚀刻的, 因为贴上去的条码纸容易损坏、油污遮盖。代理商将这个信息反馈给我们后。我们立刻研究条码识读器的性能的提升,以便于对激光蚀刻的条码有良好的效果。那么 同理,在一些重型机械类的客户可能也会有类似的转变,于是我们开始准备。除了条码技术,我们还一项非常厉害的技术,那就是语音识别技术。这项技术能帮助工 作人在物品分拣时将双手解放出来。预计在物流仓储领域有良好的应用。&&&
  重要的是能解决客户的需要,而且 最好的产品、性能最优秀的产品未必是客户最需要的产品。了解客户需求,发现问题的根源。给出解决问题的整套方案,给用户选择其需要且合算的产品,再提供优 质的配套服务。或许是当前经济形势不明朗情况下,RFID企业最佳的经营策略之一。
(责任编辑:ioter)
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未经版权所有人明确的书面许可,不得以任何方式或媒体翻印或转载本网站的部分或全部内容。基于NFC技术电路图设计集锦 —电路图天天读(46)
日 09:35 来源:网络整理 作者:Dick (0)
  TOP1 基于NFC技术控制的电子钱包电路设计
  NFC具有双向连接和识别的特点,工作于13.56MHz频率范围,作用距离接近10厘米。NFC技术在ISO 18092、ECMA 340和ETSI TS 102 190框架下推动标准化,同时也兼容应用广泛的ISO 14443 Type-A、B以及Felica标准非接触式智能卡。PN544符合欧洲电信标准协会(ETSI)制定的最新NFC规范,能够为手机制造商和电信营运商提供完全兼容的平台,用以推出下一代NFC设备和服务:PN544完全兼容现已发布的所有通过单线协议(SWP) 连接SIM卡和主机控制器接口(HCI)的NFC规范。
  NFC射频电路是由EMC滤波电路、匹配电路、接收电路、天线等四部分组成。由于该系统是以13.56MHz的操作频率为基础。该频率由石英晶振产生。与此同时还会产生高阶谐波。为了符合内部电磁兼容性规则,13.56MHz的三次、五次及五次以上的高阶谐波必须适当的抑止。所以该EMC电路配置为一LC低通滤波器,用来滤除高次谐波。
  天线匹配电路设计
  由于天线线圈本身是一个低阻抗的设备,为了能够把NFC IC 送出的能量以最大化的传递给天线 ,所以在天线与NFC IC间须加一匹配电路。消除因不匹配而造成的信号反射形成的能量损失。接收电路由R127,C118,R128,C119组成,芯片内部产生的Vmid电位作为RX管脚的输入电位,为减少扰动,需用电容将Vmid接地。Vmid的偏置电压可以增加Rx脚的电压驱动。图2 所示的为NFC 射频接收电路。
  图2 NFC射频部分电路
  本文的NXP实用的NFC电子钱包解决方案,以13.56MHz的操作频率为基础,以手机为交易平台 ,由NXP PN544 NFC控制器 (PN65O内置了安全模块)和安全模块两大部分实现移动支付及数据交换功能,为电子支付提供便捷、安全、超凡体验。
  基于NFC通用读卡器电路设计
  在当前的许多RFID应用中,设备制造商不一定能决定客户采用什么收发器,特别是收发器芯片。因此,为了最大程度地提高自己在某个特定项目中中标的机会,设备制造商必须提供这样的读卡器,要么它能支持市场上尽可能多的收发器芯片,要么它本身至少是比较容易定制的。了要求其能支持一系列协议、标准和收发器外,客户对读卡器可能还有其它功能性方面的要求,如高性能、防冲突、远/近感应距离、移动性及功耗。但在单个读卡器中很难同时满足如此之多的要求。为了满足所有这些要求,制造商可能需要提供一系列可满足不同要求的读卡器。
  EM4094是一个集成的收发器芯片,它可用于构建RFID读卡器的模拟前端模块。该芯片的数据传输及接收链路允许传送和解码任何通信协议,因此EM4094支持所有EM公司的13.56MHz收发器芯片、ISO15693、ISO14443 A&B、以及Sony Felica协议。通过适当设定,EM4094甚至还可以与NFC设备通讯。本文将通过一系列的步骤说明一个硬件工程师应该怎样集成和利用EM4094 RFID读卡器电路。
  图1:典型的应用电路配置。
  天线驱动器输出电路设计
  ANT1 和ANT2为天线驱动器的两个输出端,它们可同相或反相驱动,这使得有可能用不同的方式连接读卡器天线,以及依据所选择结构的不同产生四个不同功率等级的天线。EM4094还可与一个远端天线一起使用,此时EM4094的输出阻抗(见图3)必须与通信线路阻抗相匹配。
  图3:阻抗匹配电路。
  若采用同轴电缆,那么在只使用一个天线驱动器的情况下,EM4094的输出阻抗将必须在10欧姆(ANT1可选)和50欧姆之间进行调整;当两个天线并联使用时,EM4094的输出阻抗将必须在5欧姆(ANT1可迁)到50欧姆之间进行调整。为了实现一个良好的阻抗匹配,开发人员可借助Smith图表选择使用一个LC PI网络和选择合适的元件参数值。
  如果读卡器天线能够与EM4094集成在同一块PCB板上,那么你可使用直接天线相连方法(见图2)。在这种情况下,天线和串联电容形成LC串联回路。这一回路的谐振频率为读卡器的频率。串联电阻用于抑制品质因数并将天线的电流设定在 EM4094的额定值以下。当天线工作在其谐振频率时,直接连接天线可获得较高的功率。有关IC天线的不同连接方式可参见EM4094应用指南。
  图2:直接天线连接。
  收发器信号接收
  RFIN1 和RFIN2是该IC接收链上的两个输入引脚,它们被EM4094用来解调收发器送过来的数据流,其引脚 上的电压必须设定在GND和VDD之间,这两个解调输入必须具有相同的性能和呈现出相同的灵敏度。配合一个外部匹配阻抗电路,这两个输入端可用于解调输入的相位或幅度调制信号。未使用的输入脚应当通过一个10nF的电容接至模拟地。输入引脚的高灵敏度使得读卡器即便在电子标签的最小电源级别上仍能有较远的读取距离。
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